CN204404869U - 集成并行多通道回路热管的散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于相变传热技术领域，特别涉及一种集成并行多通道回路热管的散热装置。蒸发腔的中心与中心蒸汽管的底端连通，分配腔的中心与中心蒸汽管的顶端连通；蒸发腔的边缘与分配腔的边缘沿周向由若干根冷凝管连接；每根冷凝管上均配置一个以上散热翅片；分配腔上设置用于抽真空和注液的管道。利用中心蒸汽管和分配腔将众多回路热管进行了集成，并合理分配散热空间，借助工质的重力作为循环动力，实现被动式自然对流散热；由于并行多通道回路热管的集成，改善了散热翅片的均温性，缩短了冷凝管的长度，增加了散热翅片的有效冷凝面积，减小了汽液流动阻力，提高了其散热效率；具有效率高、重量轻、成本低、能耗少、启动时间短的特点。

Description

集成并行多通道回路热管的散热装置

技术领域

本实用新型属于相变传热技术领域，特别涉及一种集成并行多通道回路热管的散热装置，可用于高热流密度发热器件的冷却。

背景技术

随着科学技术的发展，大功率LED照明装置，整流柜、高性能微处理器等高热流密度器件在工业生产以及日常生活中占据了越来越重要的地位，这些器件在性能提高，体积减小的同时，单位体积内的发热量急剧增加，传统的空气强制对流散热技术和金属导热技术已不能满足所需散热的要求，散热问题成为科技发展所亟需解决的重要问题之一。

回路热管是一种高效相变装置，具有传热效率高、无需外界动力，等温性能好、热流密度可变性等诸多优点。利用回路热管对高热流密度的发热元件进行冷却的技术日益成熟，并逐渐替代铝或铜材料的强制对流散热技术，而成为解决高热流密度器件散热的重要途径。

但传统回路热管蒸发腔的设计多呈圆柱形，不适用于平面型发热器件的冷却，即使部分传统回路热管的蒸发腔设计成平板状，其蒸发和冷凝的分配不够合理，主要表现在汽液流动阻力较大，在自然对流情况下冷凝效率低，因此大部分回路热管的冷凝都采用了强制循环的方式进行，用强制循环来弥补散热的不足。

发明内容

本实用新型针对现有技术的缺点，提供了一种集成并行多通道回路热管的散热装置，可以解决高热流密度器件的散热问题。

本实用新型采用的技术方案为：

蒸发腔的中心与中心蒸汽管的底端连通，分配腔的中心与中心蒸汽管的顶端连通；蒸发腔的边缘与分配腔的边缘沿周向由若干根冷凝管连接；每根冷凝管上均配置一个以上散热翅片；所述分配腔上设置与外部连通的用于抽真空和注液的管道。

所述蒸发腔为由蒸发腔上顶板和蒸发腔下底板围成的正锥形的空腔。

所述蒸发腔下底板的内壁面采用同心圆槽或丝网结构，同心圆槽或丝网采用泡沫金属或多孔材料；蒸发腔下底板为平面或者呈圆锥状，外形为方形或圆形。

所述分配腔为由分配腔上顶板和分配腔下底板围成的空腔，分配腔内在相邻冷凝管之间的位置分别设置导流槽。

所述分配腔上顶板为平板或圆锥形板。

所述蒸发腔上顶板或分配腔下底板为金属板。

所述中心蒸汽管的材料为铜或铝，通过预制或者焊接的方式与蒸发腔、分配腔连接。

每根所述冷凝管均配置3～5片散热翅片。

所述冷凝管为直管或多U形弯管。

所述用于抽真空和注液的管道的材料为铜。

本实用新型的优点在于：

(1)利用中心蒸汽管和分配腔将众多回路热管进行了集成，并合理分配散热空间，构造了合理的散热装置。

(2)利用蒸汽和液体工质的密度差所产生的重力差作为工质流动的驱动力，不需要加入毛细芯和外界动力，在提高工质流速和散热能力的同时，也减少制造成本和运行能耗。

(3)利用中心圆管和冷凝管，使得蒸汽和液体工质分开流动，减小流动阻力，提高传热效率，并缩短启动时间。

(4)在装置的圆周方向应用多根冷凝管，增大了有效散热面积，由于众多冷凝管和散热翅片的结合，在保证散热面积的前提下，缩短了翅片长度，提高了翅片的均温性，从而强化了翅片的传热能力。

(5)通过相变的形式把发热器件的热量传导给冷凝管，并最终通过散热翅片实现被动式自然对流散热，其自然对流情况下的冷凝面积较大，且散热翅片的空间分布合理，自热对流换热的能力较强，同时由于蒸汽和液体工质分开流动，汽液流动阻力较小，提高了相变散热器的传热效率。在自然对流条件可正常使用，不需要外加强制对流设备，节省空间以及能源。

(6)本散热器体积较小，重量较轻，降低因散热器坠落而产生的危险性；效率高、成本低、能耗少、启动时间短，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为集成并行多通道回路热管散热器的工作原理图；

图2为实施例给出的并行多通道回路热管散热器的结构示意图；

图3(a)和图3(b)分别为机械加工而成的沟槽示意图和在底板上粉末烧结而成的沟槽示意图。

图中标号：

1-蒸发腔，2-分配腔，3-中心蒸汽管，4-冷凝管，5-散热翅片，6-用于抽真空和注液的管道，7-分配腔上顶板，8-分配腔下底板，9-蒸发腔上顶板，10-蒸发腔下底板，11-沟槽结构。

具体实施方式

本实用新型提供了一种集成并行多通道回路热管的散热装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

如图1和图2所示，该散热装置包括蒸发腔1、分配腔2、中心蒸汽管3、冷凝管4、散热翅片5及用于抽真空和注液的管道6。当散热装置与发热器件组装成一体后，即可将发热器件产生的热量不断地通过散热器散发到外界环境中。

蒸发腔1的中心与中心蒸汽管3的底端连通，分配腔2的中心与中心蒸汽管3的顶端连通；蒸发腔1的边缘与分配腔2的边缘沿周向由若干根冷凝管4连接；每根冷凝管4均分别位于一个散热翅片5内；所述分配腔2上设置与外部连通的用于抽真空和注液的管道6。中心蒸汽管3的材料是铜或者铝，通过预制或者焊接的方式与蒸发腔1和分配腔2连接。

每根冷凝管4上的散热翅片5的数量可以依据实际情况而有所改变，如在散热条件较好时，可使用2片；而在散热条件较为恶劣的情况下，可适当增加翅片数，如：3片、4片等。另外，冷凝管4的形状可以是直管，也可以是多U形的弯管。散热翅片5的材料可以是金属材料，也可以是非金属材料，但要有良好的导热能力。

蒸发腔1为由蒸发腔上顶板9和蒸发腔下底板10围成的正锥形的空腔。蒸发腔下底板10的内壁面是工质吸热蒸发的受热面，为了强化传热和提高临界热流密度，可以在蒸发腔下底板10的内壁面采用沟槽结构11，以增加汽化核心数和蒸发面积，如：机械加工而成的同心圆槽、多孔结构，包括泡沫金属、烧结的多尺度结构等，图3(a)和图3(b)分别为机械加工而成的沟槽示意图和在底板上粉末烧结而成的沟槽示意图。另外，为了在相同体积下减小受热面面积，提高蒸发腔高度，保证散热器可以在倾斜工况下正常工作，可以将蒸发腔下底板10的中心构造成截顶圆锥形。同时，蒸发腔上顶板9用于收集蒸汽进入到中心蒸汽管3中，同样可以将其构造成圆锥形，即蒸发腔1的整体呈圆锥台形状。

分配腔2为由分配腔上顶板7和分配腔下底板8围成的空腔，分配腔2内在相邻冷凝管4之间的位置分别设置导流槽，可以辅助分配蒸汽，使其均匀流入各个冷凝管4内。分配腔上顶板7通常为平板，也可以采用圆锥形板，可以提高蒸汽分配的均匀性。

蒸发腔上顶板9和分配腔下底板8可以采用金属材料，方便与中心蒸汽管3的连接，并能提高散热性能。

本实用新型的工作原理为：当发热器件产生热量，即蒸发腔下底板10承受外界热负荷后，蒸发腔1中的工质在受热面上不断地吸收热量，当热量积累到一定程度后，工质发生汽化，携带热量的气体沿蒸发腔上顶板9进入中心蒸汽管3，经由中心蒸汽管3上升至分配腔2中，蒸汽在分配腔2中进行自由分配，然后进入到冷凝管4中进行冷凝放热，冷凝后的液体工质在重力的作用下回流到蒸发腔1中，完成工质的回流和补充。在整体上，发热器件的热量通过散热器中的工质以相变换热的方式导出，通过冷凝管翅片和散热器外表面以对流传热的方式散失到周围环境中。由于中心蒸汽管3和冷凝管4中的工质具有由密度差所产生的重力差，所以液体的回流是被动的，不需要外界的动力。

在散热器的制作过程中，最后一个环节是对散热器进行抽真空和注入合适的工质，工质要求具有较大的蒸发潜热以及较低的沸点，包括水，乙醇或丙酮等有机工质，同时保证恰当的充液比，液体工质经过用于抽真空和注液的管道6注入并封装。

上述详细说明是针对本发明可行实施的具体说明，该散热器和发热器件组装在一起就可以完成快速高效的散热作用。由于散热器内部的传热属于相变传热，其热阻较小，并且本实用新型通过将蒸汽和液体工质分开流动，减小了流动阻力，缩短了翅片长度，提高了翅片的均温性，从而提高了散热器的散热效率。

Claims (10)

1.集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：蒸发腔(1)的中心与中心蒸汽管(3)的底端连通，分配腔(2)的中心与中心蒸汽管(3)的顶端连通；蒸发腔(1)的边缘与分配腔(2)的边缘沿周向由若干根冷凝管(4)连接；每根冷凝管(4)上均配置一个以上散热翅片(5)；所述分配腔(2)上设置与外部连通的用于抽真空和注液的管道(6)。

2.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述蒸发腔(1)为由蒸发腔上顶板(9)和蒸发腔下底板(10)围成的正锥形的空腔。

3.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述分配腔(2)为由分配腔上顶板(7)和分配腔下底板(8)围成的空腔，分配腔(2)内在相邻冷凝管(4)之间的位置分别设置导流槽。

4.根据权利要求2或3所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述蒸发腔上顶板(9)或分配腔下底板(8)为金属板。

5.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述中心蒸汽管(3)的材料为铜或铝，通过预制或者焊接的方式与蒸发腔(1)、分配腔(2)连接。

6.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：每根所述冷凝管(4)均配置3～5片散热翅片(5)。

7.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述冷凝管(4)为直管或多U形弯管。

8.根据权利要求1所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述用于抽真空和注液的管道(6)的材料为铜。

9.根据权利要求2所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述蒸发腔下底板(10)的内壁面采用同心圆槽或丝网结构，同心圆槽或丝网采用泡沫金属或多孔材料；蒸发腔下底板(10)为平面或者呈圆锥状，外形为方形或圆形。

10.根据权利要求3所述的集成并行多通道回路热管的散热装置，其特征在于：所述分配腔上顶板(7)为平板或圆锥形板。